автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Исследование эффективности применения централизованного теплоснабжения в МНР

ВВЕДЕНИЕ

Глава I. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕГО СОСТОЯНИЯ И УСЛОВИЙ РАЗВИТИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ АЙМАЧНЫХ ЦЕНТРОВ . g

1.1 Существующее состояние теплоснабжения аймачных центров . <

1.2 Перспективные уровни и структура тепловых нагрузок аймачных центров

1.3 Обзор работ по системам централизованного теплоснабжения небольших городов

1.4 Основные задачи и цель исследования

Глава П. ЖТОДИКА ОПТИМИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

2.1 Энергетическая и математическая постановка задачи.

2.2 Методы решения задачи

2.2.1 Выбор состава основного оборудования ТЭЦ

2.2.2 Определение оптимальной единичной производительности и состава котлов для котельных централизованного теплоснабжения

2.2.3 Определение основных параметров магистральных тепловых сетей.

2.3 Методика определения оптимальных уровней развития централизованного теплоснабжения аймачных центров с учетом внешних ограничений

Глава Ш. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРАВНИТЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗНЫХ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В АЙМАЧНЫХ ЦЕНТРАХ. 5<?

3.1 Определение эффективности и областей применения систем теплоснабжения от ТЭЦ небольшой мощности. £{

3.2 Технико-экономические вопросы развития систем теплоснабжения от центральных котельных

3.3 Определение эффективности и областей применения систем теплоснабжения от атомных котельных . 7&

3.4 Определение эффективности применения систем электротеплоснабжения . ДО

3.5 Ранжировка систем централизованного теплоснабжения с учетом экономической эффективности применения . Qlf

Глава 1У. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ УРОВНЕЙ РАЗВИТИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ АЙМАЧНЫХ ЦЕНТРОВ . ЗЦ.

4.1 Экономически целесообразная степень централизации теплоснабжения аймачных центров . g j?

4.2 Выбор оптимальных уровней развития централизованного теплоснабжения в МНР с учетом внешних ограничений . jog

Значительный рост объема промышленного и сельскохозяйственного производства, создание крупных энергетических предприятий во вновь развиваемых городах, особенно в аймачных центрах, а также постоянно растущий уровень жизни населения обуславливает резкое увеличение потребности топливно-энергетических ресурсов в МНР.

В настоящее время в целом по стране производство электрической и тепловой энергии достигло соответственно 1635 млн. кВт-ч и 4,1 млн. Гкал в год, добыча угля - около 4,4 млн. т. На топливно-энергетическую отрасль МНР приходится около 1/3 основных фондов, почти l&fo валовой продукции. За последние 30 лет более 35$ капитальных вложений МНР в промышленность направлены на развитие топливно-энергетических отраслей. Это привело к опережающему развитию энергетики и связанного с ним увеличения энергоемкости валового общественного продукта. Для покрытия растущей потребности в электроэнергии центральная энергосистема МНР соединена с Бурятской районной энергосистемой.

В программе монгольской народно-революционной партии говорится, что важнейшей задачей является обеспечение опережающих темпов развития, значительное расширение и укрепление топливно-энергетической базы народного хозяйства, обеспечение коммунально-бытового обслуживания населения и улучшение работы по благоустройству городов и населенных пунктов. В соответствии с прогнозами на ближайшие 10-15 лет суммарная потребность в топливно-энергетических ресурсах страны возрастет в 10 раз и более. При этом предусматривается увеличение производства электроэнергии в 15-17 раз и теплоэнергии в 4-6 раза /10/.

В энергетическом хозяйстве МНР. аймачные центры играют существенную роль. Однако в них технический уровень источников производства электрической и тепловой энергии, как правило, низкий. Так, для целей теплоснабжения используются мелкие неэкономичные котельные, в которых ежегодно сжигается около 340 тыс. т натурального топлива. Эти котельные в совокупности работают с убытком около -zo млн. тугр. в год.

Дальнейшее повышение эффективности систем теплоснабжения может быть достигнуто путем увеличения уровня централизации, т. е. создания крупных систем централизованного теплоснабжения. В этом случае в качестве основных источников теплоты могут рассматриваться теплоэлектроцентрали и крупные производственно-отопительные котельные. Такие системы позволяют улучшить состояние воздушного бассейна городов и аймачных центров при существенной экономии топливно-энергетических ресурсов, повышении качества тепло- и электроснабжения потребителей.При этом возникает необходимость исследования факторов, влияющих на выбор оптимальных вариантов развития этих систем.

Применяемые в практике проектирования методы по выбору развития источников теплоты и тепловых сетей и в целом систем теплоснабжения основаны на ручном счете. Это предопределяет необходимость разработки научно обоснованных методов с применением математического моделирования и современных электронно-вычислительных машин. В этом случае оказывается возможным в полной мере рассматривать перспективу развития системы централизованного теплоснабжения аймачных центров на 10-20 лет.

Вопросы выбора оптимальных направлений развития систем теплоснабжения аймачных центров исследовались в нашей стране рядом авторов. Однако эти вопросы рассматривались только для источников теплоты в основном ТЭЦ с турбинами разных типов. На основе выполненных работ показана целесообразность применения ТЭЦ небольшой мощности, разработаны рекомендации для них по выбору единичной мощности и состава турбин, оптимальной величины расчетного коэффициента теплофикации. Однако остались не исследованными такие важные вопросы, как структура таких систем, степень централизации теплоснабжения,единичная производительность и состав котлов для крупных котельных, целесообразность применения атомных котельных, параметры магистральных тепловых сетей и др.

Следует отметить, что необходимо проводить комплексную оптимизацию, при которой системы теплофикации и централизованного теплоснабжения аймачных центров рассматриваются в качестве составной части общих систем энергоснабжения страны.

С учетом отмеченного в работе рассматриваются следующие вопросы:

1) разработка комплексной методики выбора структуры и масштабов применения систем централизованного теплоснабжения аймачных центров;

2) сравнительная эффективность применения разных систем централизованного теплоснабжения с источниками на органическом и ядерном горючем;

3) определение оптимального состава и эффективности укрупнения единичной мощности основного оборудования источников теплоснабжения (с учетом уровней тепловой нагрузки на заданный расчетный период);

4) выбор типа, оптимального числа, концентрации мощностей источников теплоснабжения (ТЭЦ небольшой мощности, центральных котельных, работающих на угле, атомной котельной и электробойлерных);

5) определение оптимальных уровней централизации теплоснабжения аймачных центров.

Работа состоит из четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.

В первой главе приводятся анализ существующего состояния теплоснабжения аймачных центров, характеристика условий их развития до 2000 г. (уровни и структура тепловых нагрузок для 18 центров), обзор литературы по рассматриваемым в диссертации вопросам, цели и задачи исследования.

Во второй главе изложены основные положения: а) методики оптимизации структуры системы теплоснабжения (степени централизации теплоснабжения от ТЭЦ и крупных котельных), включающей выбор основного оборудования для центральных источников, концентрацию их мощности, параметров магистральных тепловых сетей;

6) методики определения целесообразных масштабов развития централизованного теплоснабжения с учетом влияния внешних ограничений.

Третья глава содержит результаты исследований по сравнительной эффективности применения разных систем централизованного теплоснабжения от: а) ТЭЦ, б) крупных котельных, работающих на угле, в) атомных котельных (ACT), г) электробойлерных. Здесь впервые для условий МНР рассмотрены вопросы применения ACT для целей теплоснабжения небольших городов.

В четвертой главе приводятся результаты многовариантных расчетов по выбору оптимальной степени централизации теплоснабжения для отдельных ("характерных") аймачных центров и для всей совокупности их с учетом вариантно заданного ограничения на суммарные капиталовложения, выделяемые на цели теплоснабжения этих центров.

В заключении содержатся основные выводы и направления дальнейших исследований.

Б настоящее время источниками теплоснабжения аймачных центров являются малоэкономичные местные котельные, что при водит к существенному перерасходу денежных, материальных и трудовых ресурсов. Совершенствование теплоснабжения аймачных центров является важнейшим направлением улучшения структуры топливно-энергетического баланса МНР. Такое совершенствование предопределяет необходимость широкой централизации теплоснаб жения на базе ТЭЦ и крупных котельных, предпосылками для оп равданного применения которых является дальнейший рост тепло вых нагрузок аймачных центров - до 50-120 Гкал/ч (на уровне 2000 г.). При этом возникает задача обоснования оптимальной степени централизации теплоснабжения (структуры системы теп лоснабжения) для каждого из них, определения сравнительной эффективности применения разных систем теплоснабжения и нахож дения целесообразных масштабов их применения с учетом внешних ограничений (прежде всего по суммарным капиталовложениям, вы деляемым на цели теплоснабжения страны).Такая комплексная задача может быть решена на основе ис пользования методов математического моделирования и современ ных ЭВМ. В настоящей работе приводятся комплексная методика и ре зультаты исследований эффективности и масштабов применения централизованного теплоснабжения аймачных центров. Разрабо танная методика позволяет определять: I) .оптимальную степень централизации теплоснабжения ай мачного центра, включая выбор: состава основного оборудования ТЭЦ и расчетных коэффициентов теплофикации; числа и единичной мощности котлов для центральной котельной на органическом топливе; отпуска теплоты и мощности ACT; параметров магист ральных тепловых сетей от ТЭЦ и котельных на угле и ядерном горючем;

2) оптимальные уровни развития централизованного тепло снабжения в аймачных центрах при совокупном их рассмотрении и учете внешних ограничений.На основе многовариантных расчетов, выполненных с по мощью разработанной методики, получены следующие результаты: I.Системы централизованного теплоснабжения от ТЭЦ целесо образно развивать в аймачных центрах с тепловой нагрузкой ТОО Гкал/ч и выше, предусматривая установку на них турбин ти пов T-I2-35 и ПТ-12-35 (на уровне 2000 г.).2. В зоне тепловых нагрузок от 50 до ТОО Гкал/ч в зави симости от влияющих факторов могут применяться системы цент рализованного теплоснабжения как от ТЭЦ, так и крупных котель ных. Поэтому окончательное решение должно приниматься с уче том конкретных условий, характерных для того или иного аймач ного центра.3. Одним из перспективных направлений является примене ние систем теплоснабжения от атомных котельных. Проведенные расчеты выявили предельные удельные капиталовложения, при ко торых ACT оказываются экономически целесообразными. При этом доля отпуска теплоты от них не превышает 0,6 (от расчетной отопительной тепловой нагрузки аймачного центра).4. Системы электротеплоснабжения, по-видимому, могут найти применение только для малых сельских поселений, удален ных от топливных баз. Выполненные расчеты позволили устано вить предельные значения стоимости электроэнергии (при разной величине тепловой нагрузки), при которых такие системы оказы//6 ваются экономичнее местных котельных на угле.5. Для крупных угольных котельных определены оптималь ные единичные мощности и типы котлов.6. Для магистральных тепловых сетей определен диапазон оптимальных значений удельного падения напора (в зависимости от влияющих факторов).7. Оптимальная степень централизации теплоснабжения, вы явленная для трех характерных аймачных центров (на уровне 1990 г. и 2000 г.), оказывается достаточно высокой - от 60 до JOOfo, что определяется плотностью тепловых нагрузок и в целом эффективностью применения систем теплоснабжения от ТЭЦ и крупных котельных (путем закрытия местных неэкономичных ко тельных) .8. При совокупном рассмотрении всех аймачных центров как объектов теплоснабжения определено влияние внешних ограниче ний (лимит на су1лмарные капиталовложения на выбор целесооб разных уровней развития централизованного теплоснабжения в МНР и найден перерасход приведенных затрат, топлива и трудо вых ресурсов в случае снижения этих уровней по сравнению с оптимальным решением. Такие расчеты позволяют выявить сравни тельную эффективность отдельных аймачных центров (с точки зрения развития в них централизованного теплоснабжения) и ус тановить очередность реализации в них систем централизованно ного теплоснабжения.В целом на основе вьшолненных исследований сформулирова на концепция по развитию теплоснабжения в аймачных центрах на период до 2000 г.К числу дальнейших исследований, связанных с развитием централизованного теплоснабжения, является более детальная проработка целого ряда технических вопросов как по источни//7 кам теплоты, так и тепловым сетям (с учетом фактора надежно сти их работы).

1. Программа MliPH. Улаанбаатар: Хэвладийн комбинат, 1966, с. 3-25. 2. Отчёт Щ Ш Р П ХУП съезду МНРП. Улаанбаатар.: Хэвлэлийн комбинат, I98I, с. 3-22.

2. Основные положения Энергетической программы СССР на длительную перспективу. М.: Изд-во полит, литературы, 1984. 30 с.

3. Комплексная целевая прогршлма топливо-энергетической промышленности МНР на период 1985-2000 г.г. Улаанбаатар., 1983, с. 5-31.

4. Савельев В.К. Сравнительная экономическая эффективность транспорта топлива и передачи электроэнергии. М.: Изд-во АН СССР, 1976, с. 5-85.

5. Мелентьев Л.А. и Штейнгауз Е.О. Экономика энергетика СССР. М.-Л., Госонергоиздат, 1959. 389 с.

6. Прузнер Л. Экономика теплоэнергетики СССР. М.: Высшая школа, 1975, с. 20-64. 8. Б. Бавуудор?к /НИПИТЭП/ Определение области экономического применения схемы комбинированного и

7. Схема энергоснабжения МНР на период I97b-I985 г.г. Улан-Батор: НИПИТЭП, 1976. 42 с.

8. Тулшний орц тооцох ундсэн заавар Улаанбаатар: НИПИТЭ11,1975. 15 с.

9. Хрилев Л С Смирнов И.А. Оптимизация систем теплофикации и централизованного теплоснабжения. М.: Энергия, 1978.

10. Схема теплоснабжения Улан-Батора. НИПИТЭП, 1976,с.5-22.

11. Громов Н.К. Городские теплофикационные системы. М.: Энергия, 1974, с. 20-105.

12. Схема теплоснабжения Дархана. М.: 1963. 35 с.

13. Схема теплоснабжения Чойбалсана. 1975. 41 с.

14. Схема теплоснабжения айлачных и промышленных центров. 1975, с. 5-28. 20. Б. Бавуудорж, Б. Лхавгадорж. Бага чадлын хэрэглэгчийн дулаан хангамжид цахилгаан эрчим хучний хангамжийг хэрэглэх боломжийг судлах. Улаанбаатар: НИПИТЭП. 1979. 18 с.

15. Мелентьев Л.А., Макаров А.А. Энергетический комплекс СССР. М.: Экономика, 1983. 263 с.

16. Аршакян Д. Т. Оптимизация систем теплоснабления городов и промышленных центров Теплоэнергетика, 1972, Ш 6, с. 58-60.

17. Лившиц В.И. Выбор оптюлальных решений в технических расчётах. М.: I97I, с. 255.

18. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: "Энергия", 1975. 376 с.

19. Барабанер Х.З. Теплоснабжение сельских населенных лунктов. Таллин: 1976. 192 с. г

20. Левенталь Г.Б. ,ПОПЫРИН Л.С. Оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1970. 350 с.

21. Макаров А.А., Вигдорчик А.Г. Топливно-энергетический комплекс. М.: FlayKa, 1970, с. 5-luu.

22. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике. М.: Hay-

23. Макаров А.А., Мелентьев Л.А. Методы исследования и оптшлизации энергетического хозяйства. М.: Изд-во Наука, 1973,с. 20-100.

24. Левенталь Г.Б., Рощина К.Ф., Смирнов И.А., Хрилев Л.С. Определение эффективности укрупнения единичной мощности теплофикационных турбоагрегатов типа Т. Теплоэнергетика, 1970, 10, с. 9-12.

25. Мелентьев Л.А. Оптимизация развития и управления больших сие тем энергетики. М.: Высшая школа, 1976. 336 с.

26. Методика технико-экономических расчётов в энергетике. М.: 1966. 12 с. 34. Пик М.М. Основные пути усовершенствования тепловых сетей. Электрические станции, 1974, II, с. 25-31.

27. Бушклун И., Флейдеровиш Р. Сравнительные технико-экономические характеристики тепло- и газоснабжения ?килых районов с различ ной этажностью застройки. Б сб.: Экономика планировки и за стройки городов. Киев: Буд1ве.льник, 1965, с. 96-101.

28. Работа ТЭЦ в объединенных энергосистемах. Под.ред. В.П. Корытникова. М.: Энергия, 1976. 216 с.

29. Коган Ю.М. Условия и экономические показатели электрофикации тепловых процессов кошлунально-бытовых потребителей в сельской местности. Электрификация быта сельского населения. Киев: Будвельник, 1968, с. 39-45.

30. Савин В.И., Хрилев Л С Соколова Б.И., Илькевич З.А., Нови кова Л.П. Вопросы совершенствования методов проектирования систем теплоснабжения. Теплоэнергетика, 1976, 3 II,с. 9-18.

31. Выпользова М.Н. О выборе способов теплоснабжения сельских по селков. В сб.: Проблемы общей энергетики и единой энергети ческой системы. Вып. I. Алма-Ата: 1965, с. 130-142.

32. Соколов Е.Я., Корнеичев А.И., Скаловская Е.Г., Фридман М.О. Выбор оптимального состава оборудования промышленно-отопительных ТЭЦ. Теплоэнергетика, 1970, F 10, с. 5-9. 4Z, Горбунов В.М. Технико-экономические показатели теплоснабжения сельского хозяйства. Механизация и электрификация соц.сельского хозяйства, 1971, I, с. 19-21.

33. Соколов Е.Я., Корытников В.П. Современное состояние и основные пути дальнейшего развития теплофикации в СССР. Электрические станции. 1974, II, с. 6-14.

34. Шишов А.Н., Таратин В.А. и др. Экономика энергетики СССР. М.: Высшая школа, 1979. 447 с.

35. Шактор неопределенности при принятии оптимальных решений в больших системах энергетики. Под ред. Л.С. Беляева, А.А. Макарова, А.П. Мере///сова, Л.С. Копырина. Т. 1-

36. Иркутск:изд-во СЭИ СО АН СССР, 1974.

37. Хрилев Л.С. О влиянии климатического фактора на перспективную структуру топливно-энергетического баланса. Теплоэнергетика, 1966, J 2, с. 16-20.

38. Ландсман С У Гордиенко Л.В. Методика выбора эффективных энергоносителей для бытовых потребителей сельских районов Украины. В сб.: Вопросы оптимизации ТЭБ Украины. Киев: Наукова дума, 1973, с. I05-II2.

39. Мазур 10.Я., Зеберг В.А. Определение экономической эффективности электрификации тепловых процессов в сельском хозяйстве. В кн.; Разработка научных основ электрификации сельского хозяйства. Запорожье, 1967, с. 59-71.

40. Каганович Б.М. Дискретная оптимизация тепловых сетей. Новосибирск, 1978. 84 с. 50. Пик М.М., Савин В.И., Спектор Е.Г. Масштабы развития теплофикации на перспективу. Электрические станции, 1974, f I, с. 12-22.

41. Оптимизация разветвленных тепловых сетей с некоторыгли источниками. Авт.: Б.М. Каганович, А.П. Меренков, Т.Б. Ощепкова, Б.Я. Хасилев. М.: ВИНИТИ, 1969. 65 с. 52. З.Э. Шираке. Теплоснабжение. М.: Энергия, 1979, 254 с.

42. Оптимизация и управление в больших системах энергетики. Под ред. Ji.A. Мелентьева и Л.С. Беляева, т. 1-

43. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1970. 450 с. 54. Д.Я. Боршов. Чугунные секционные котлы в кошунальном хозяйстве. М.: Стройиздат, 1977. 245 с.

44. Хрилев Л.С. Методы оптимизации сточников централизованного теплоснабжения. Теплоэнергетика, 1974, 1 5, с. 20-26. Г

45. Тесев санхуугийн тооцооны дундаж ергег. Улаанбаатар: УБЗТИ. 98 с.

46. Лямин А.А., Скворцов А.А. Проектирование и расчёт конструкций тепловых сетей. М.: Стройиздат, 1965, с. 10-42.

47. Плауде К.К., Грислив В.Я. Автоматическое регулирование систем центрального водяного отопления. Рига: АН Латв. ССР, 1959, с. 20-35.

48. Сафонов А.П. Автоматизация систем централизованного теплоснабжения. М.: Энергия, 1974, с. 10-35.

49. Автоматизированные системы теплоснабжения. Рига: Зинатне, 1973.

50. Централизованное теплоснабжение в некоторых странах Европы. Опыт зарубежного строительства. М.: ХШИС, 1968, с. Ъ-15.

51. Технико-экономические основы развития теплофикации в энергосистемах. Под ред. Левенталя Г.Б. и Мелентьева Л.А.- М.: Госэнерго52. Оптимизация и управление в больших системах энергетики. Под ред. Л,А. Мелентьева, Л.С. Беляева. Т. I,

53. Иркутск: изд-во СЭИ СО АН СССР. 1970. Т. I. 450 с. Т. 2 144 с.

54. Технико-экономические основы развития теплофикации в энерго системах. Под ред. Г.Б. Левенталя и Л.А. Мелентьева. М.: Госэнергоиздат, 1961, с. 4-55.

55. Хрилев Л.С. Методика оптимизации источников централизованного теплоснабжения. М.: Теплоэнергетика, 1974, 1< 5, с. 20-26. ч

56. Хрилев Л.С. Теплофикация и топливно-энергетический комплекс. М.: Наука, Сибирское отделение, 1979, с. 276.

57. Юдин Д.Б., Гольштейн Е.Г. Линейное программирование. М.: Наука, 1964, с. 20-105.

58. Методика технико-экономических расчётов в энергетике. Госкомитет по науке и технике Совета Министров СССР, Академия Наук СССР, Министерство энергетики, электрофикации СССР. М.: 1968. 12 с.

59. Методические указания по выполнению технико-экономических расчётов при разработке схем теплоснабжения городов и промузлов и ТЭО строительства источников теплоснабжения. М.: Б Н Ш И Эпергопром, 1973. 44 с.

60. Орфеев В.М., Брилон А.В., Аглинов Ф.З., Хрусталев В.А.,Черты нов A.M. Выбор рационального варианта теплоснабжения сельских потребителей с учётом динамики нагрузки энергосистемы. 1973.

61. Чукаев Д.С. Электрофикация городского хозяйства. М.: Высшая школа, 1974, с. 10-54.

62. Емельянов И.Я., Батуров Б.Б., Корытников В.И. и др. Атомная энергия, 1979, т. 46, вып. I. с. 5-25.

63. Шадрин А.П. Атомные электростанции на Крайнем Севере. -Якутск: Якутский филиал СО АН СССР, 1983, с. 121.